Експериментальне обґрунтування комбінації конструкційних матеріалів та персоналізованих протетичних елементів для протезування на дентальних імплантатах

Анотація

Резюме. З літературних даних відомо, що віддалений успіх дентальної імплантації залежить не лише від ретельного планування та проведення хірургічного втручання із дотриманням вимог протоколу, але й від виду навантаження на імплантати, яке суттєво залежить від конструктивних особливостей зубних протезів, що на них фіксуються. Наявність значної кількості пропозицій конструкційних матеріалів на ринку України для виготовлення зубних протезів на ортопедичному етапі дезорієнтує лікарів і зубних техніків, які у більшості випадків добирають їх емпіричним шляхом. Метод скінчених елементів дозволяє на доклінічному етапі провести дослідження та експериментальним шляхом обрати максимально ефективні персоналізовані конструкційні рішення для протезування на дентальних імплантатах, а також конструкційні матеріали або комбінацію для їх виготовлення з метою оптимізації навантаження на імплантат та кісткову тканину.
Мета: обґрунтувати комбінації конструкційних матеріалів та персоналізованих протетичних елементів для протезування на дентальних імплантатах шляхом проведення дослідження напружено деформованого стану в імітаційних моделях «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція».
Матеріали та методи досліджень. Експериментальне дослідження проводили на багатовимірних імітаційних моделях «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція», що мали сталі фізико-механічні властивості кісткової тканини, імплантатів і стандартних протетичних елементів та умови їх навантажень, а відрізнялись між собою за типами конструкційних матеріалів, з яких були виготовленні персоналізовані абатменти та супраконструкції. Базові типи моделей містили – Т1 персоналізований абатмент з поліефірефіркетону (PEEK), а також Т2 персоналізований абатмент з діоксиду цирконію. У дослідженні базові типи імітаційних моделей комбінували з різними варіантами супраконструкцій, що були виготовлені з: склокераміки на основі дисилікату літію (К1); гібридної кераміки модифікованої композитом (К2); поліметилметакрилату PMMA (К3); багатошарового діоксиду цирконію (К4).
Результати. Під час проведення чисельного аналізу напружено-деформованого стану біомеханічних систем «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» встановлено, що найбільш навантаженими елементами системи були: супраконструкція (σ max екв 143,57 МПа – у моделі з Т1 типом персона- лізованого абатменту; σ max екв 156,25 МПа – у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту); губчаста (σ max екв 3,84 МПа – з Т1 типом персоналізованого абатменту; σmax екв 3,36 МПа – з Т2 типом персоналізованого абатменту) та кортикальна кісткова тканина (σ max екв 18,67 МПа – з Т1 типом персоналізованого абатменту; σ max екв 16,46 МПа – з Т2 типом персоналізованого абатменту), з відповідними показниками коефіцієнтів запасу міцності для кожного з цих елементів. Біомеханічні системи з Т1 і Т2 персоналізованими абатментами володіють найбільшою опороздатністю при застосуванні матеріалів супраконструкції: К1 (КЗМмін – 2,10 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 2,29 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) та К4 (КЗМмін – 2,08 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 2,38 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту). При застосуванні матеріалів коронки К2 (КЗМмін – 0,86 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 0,79 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) та К3 (КЗМмін – 0,98 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 0,89 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) біомеханічні системи володіли найнижчою опороздатністю. При дослідженні моделей з Т1 персоналізованим абатментом відзначали збільшення у 1,63 – 4,57 разів максимальних величин напружень за Мізесом в протетичному елементі, у порівнянні з максимальними величинами напружень в протетичному елементі моделей з Т2 персоналізованим абатментом.
Висновки. Науково обґрунтовано наявність суттєвого впливу різних комбінацій параметрів фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів для виготовлення персоналізованих абатментів та зубних протезів на загальний напружено-деформований стан усіх елементів біомеханічної системи «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» в цілому. Уперше науково обґрунтовано оптимальну комбінацію конструкційних матеріалів для виготовлення персоналізованих абатментів та зубних протезів при безпосередньому протезуванні на дентальних імплантатах. За результатами аналізу отриманих величин еквівалентних за Мізесом напружень та коефіцієнтів запасів міцності рекомендованим до застосування у клінічній практиці матеріалом для виготовлення персоналізованого абатменту на стандартній титановій платформі є діоксид цирконію (КЗМ – 30,28), який у поєднанні з коронкою, виготовленою з склокераміки на основі дисилікату літію (КЗМ – 2,29) або багатошарового транслюцентного діоксиду цирконію (КЗМ – 5,22), достовірно краще (р < 0,05) перерозподіляє концентровані точкові функціональні навантаження і забезпечує найкращу біомеханічну стабільність усієї системи в цілому. За результатами експериментальних досліджень напружено-деформованих станів усіх елементів біомеханічної системи «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» найгіршим варіантом для виготовлення персоналізованих абатментів на стандартних титанових платформах є конструкційний матеріал PEEK.